二次雷达基本原理.

二次雷达基本原理于希涛2010年5月5日2内容I.二次雷达简介II.二次雷达工作原理III.系统组成IV.参考资料3内容I.二次雷达简介II.二次雷达工作原理III.系统组成IV.参考资料4I.二次雷达简介-雷达(RADAR,RAdioDetectionAndRanging)分为两类，一次雷达(PSR,PrimarySurveillanceRadar),利用无线电反射回波信息来发现目标，例如气象雷达、多普勒雷达、着陆雷达及监视雷达.二次雷达(SSR,SecondarySurveillanceRadar),通过地面询问机(interrogator)和接收机载应答机(transponder)反馈的信息来发现和识别目标.5I.二次雷达简介-I.PSRSSR区别:工作方式不同PSR靠反射,SSR一问一答.II.SSR优点1.机载应答机的回答频率不同于地面站询问机的询问频率,可避免PSR常见的地物杂波、气象杂波等干扰.2.不依靠电波反射，所以同样的探测距离发射功率比一次监视雷达低的多.3.利用编码信号进行信息交换，能获取更丰富的信息.6内容I.二次雷达简介II.二次雷达工作原理III.系统组成IV.参考资料7II.二次雷达工作原理-1.工作频率2.目标参数获取3.询问信号4.应答信号8II.二次雷达工作原理-1工作频率•工作频率:上行1030MHz,下行1090MHz•分为地面雷达设备和飞机应答机两部分•一问一答方式获取信息询问信号应答信号9II.二次雷达工作原理-2目标参数获取正北HRαDOSSR需要的目标参数有：距离R、方位α、高度H10II.二次雷达工作原理-2目标参数获取a)距离R的获取：通过对发射和接收电磁波时间的计算可以得出.R=C*t/2C为光速，t为雷达从发射询问信号到接收到应答信号之间的时间11II.二次雷达工作原理-2目标参数获取b)方位α的获取：(1)滑窗测方位角法(2)单脉冲测方位角法(相位型和振幅型).一种精确测试信号方位角的技术,它的名字是由有一个（回答）脉冲就可以确定目标方位角而得来的。单脉冲雷达采用相位和，差的比较来得到角度的精确信息.12II.二次雷达工作原理-单脉冲技术和差电桥E1E2dθθ目标方向Σ瞄准轴波程差Δ●二次雷达使用的大垂直孔径(LVA,LargeVerticalAperture)天线,可以等效成两个辐射源.●和差电桥处理后,产生和信号(Σ)和差信号(Δ)13II.二次雷达工作原理-单脉冲技术单脉冲测角需要的三个参数:(1)天线瞄准轴的方向.(方位编码器给出)(2)目标偏离瞄准轴(OBA,OffBore-sightAngle)信息.(归一化的差信号强度给出)(3)目标偏离瞄准轴的符号信息.(和的相位差给出)14II.二次雷达工作原理-2目标参数获取c)高度信息的获取由应答机上的C码获得目标高度.15II.二次雷达工作原理-3询问信号I.由地面询问机发射的信号称为询问信号II.根据实际需要，将询问信息分成多种模式.目前ICAO规定了六种询问模式:1,2,3/A,B,CP1、P3脉冲称为模式询问脉冲，两者之间的时间间隔决定了询问的模式P2脉冲称为旁瓣抑制脉冲或控制脉冲，总是在P1脉冲2μs后发射，主要是为了抑制旁瓣(ISLS).0.8μsP1P3间隔P1P3P20.8μs询问波束控制波束sμ216II.二次雷达工作原理-3询问信号P1P2P3脉冲要求在上升沿和下降沿1/2脉冲幅度处的时间间隔定义为脉冲时间间隔0.8±0.1μs从1/10到9/10的脉冲幅度的时间称为上升时间≥0.05μs≤，0.1μs从9/10到1/10的脉冲幅度的时间称为下降时间≥0.05μs≤，0.1μs模式P1P2间隔P1P3间隔模式1军用识别码2±0.1μs3+0.01μs/-0.05μs模式2军用识别码2±0.1μs5±0.1μs模式3/A军民用识别码2±0.1μs8±0.1μs模式B军用识别码2±0.1μs17±0.1μs模式C高度码2±0.1μs21±0.1μs模式D备用码2±0.1μs25±0.1μs询问信号脉冲参数定义：17II.二次雷达工作原理-3询问信号询问旁瓣抑制(ISLS,InterrogationPathSideLobeSuppression).18II.二次雷达工作原理-4应答信号I.机载应答机收到地面询问机发射的询问信号后(P3脉冲之后3μs)，根据询问的内容，自动回答一组编码脉冲，称为应答码。II.应答码由16个脉冲组成F1,F2框架(Framing)脉冲,2个4组8进制编码的12位信息脉冲ABCD,12个x备用脉冲,目前恒为零,1个SPI脉冲(SpecialPurposeIdentification),1个III.回答3/A和C模式的格式完全一样，只是编码顺序有所不同.3/A顺序为ABCD,C模式为DABC19II.二次雷达工作原理-4应答信号•SPI仅在管制员要求的情况下,飞行员开启该脉冲，20秒后应答机将自动停止发射•前我们使用的是3/A模式和C模式，通过使用两种模式的交替询问的方式获得目标的二次代码和高度码。F1C1A1C2A2C4A4XB1D1B2D2B4D4F2SP120.3μs0.45μs1.45μs4.35μs20II.二次雷达工作原理-4应答信号机载应答机21II.二次雷达工作原理-4应答信号3/A模式应答码•12个信息脉冲解码顺序(注意不同于发射脉冲顺序):A4A2A1B4B2B1C4C2C1D4D2D1F1C1A1C2B2D4F2F21234ABCD22II.二次雷达工作原理-4应答信号3/A模式应答码•7777的代码不用•三组危急码也不用7700飞机故障危急7600飞机通讯系统故障7500飞机被劫持23II.二次雷达工作原理-4应答信号C模式应答码12个信息脉冲解码顺序(注意不同于发射脉冲顺序):D1D2D4A1A2A4B1B2B4C1C2C4D1恒为0DAB位构成9位标准循环码,按500英尺递增C位构成3位5周期循环码,按100英尺递增计算方式:1.DAB循环妈-DAB二进制码DAB=D0D1D2D3D4D5D6D7D8Di+1=DiD⊕i-1,i{1-7}andD∈0=1得出DAB'2.C位5周期循环码查表得出C'3.高度Height=500*DAB'+100*C'–1200,单位为英尺24II.二次雷达工作原理-4应答信号C模式应答码循环码特性C1C2C4十进制数偶数00100111010211031004奇数10001101010201130014C位5周期循环码规则：循环码的B4若为1则使用奇数特性，若为0则使用偶数特性。25II.二次雷达工作原理-4应答信号F1A1C2A2A4B1B2B4F2XF27720C模式应答码举例26内容I.二次雷达简介II.二次雷达工作原理III.系统组成IV.参考资料271.天线2.问询机(1)发射机(2)接收机(3)处理设备III.系统组成-28III.系统组成-I.二次雷达的组成：环形器发射机接收机处理机显示设备天线轻型飞机的应答机传输设备应答机天线环形器发射机接收机处理设备显示器29III.系统组成-1.天线天线箱体内包含功分网络和电缆正面列馈●天馈线:大垂直口径(LVA)阵列天线●极化方式：垂直极化背馈30III.系统组成-1.天线天线在空间辐射电磁场的能量形成一个立体的辐射图。阵面和通道能量合成效果图阵面控制通道能量效果图31III.系统组成-1.天线从立体辐射图研究天线的性能十分麻烦。通常分析天线的特性主要分析辐射图●水平剖面的水平方向性图(主要用于分析目标的方位角精度和不同方位角飞机的分辨能力)●垂直剖面的垂直方向性图(主要用于分析降低地面反射造成的影响)32III.系统组成-1.天线水平方向性图ΣΩΔ33III.系统组成-1.天线垂直方向性图()θFθ高度角°50°4°0°-6dB0dB20-26dB-dB16-度下切率/dB8.1余割平方特性34III.系统组成-2.1发射机发射机的几个重要参数：1)发射频率：1030MHZ2)输出功率：典型值0.5KW~2KW,影响雷达的最大作用距离，天线增益，馈线损耗等3)占空比：典型值0.1%，较高的占空比意味着发射功率的提高，也意味着可能出现的发射器材温度过高的危险*占空比为脉冲重复周期内总的脉冲持续时间与脉冲重复周期的比值.例如：脉冲宽度1μs，信号周期4μs的脉冲序列占空比为0.2535III.系统组成-2.2接收机接收机的几个重要参数：1)灵敏度：指雷达设备能够接收到的最小输入信号功率。ICAO建议切线灵敏度好于-85dBm2)带宽3)动态范围：即接收机可以接收的信号强度范围，要求大于60dB。可以采用灵敏度时间控制(STC,SensitivityTimeControl)技术来增加接收的动态范围。*ICAO，InternationalCivilAviationOrganization*切线灵敏度,为噪声上升到所观察的噪声电平本身高度时的信号功率。*STC,对不同距离上不同强度的信号进行信号衰减或提高门限的方法来扩大接收机的动态范围36III.系统组成-2.3处理设备I.二次雷达处理设备的作用应答机发射的一串编码脉冲，经过接收机的检测放大后，输出原始视频处理设备对该视频进行处理，对应答信息进行解码，判断应答信息，对窜扰和干扰进行排除。并将此信息数据化，以便后续的进一步处理。II.处理设备主要为录取器。37内容I.二次雷达简介II.二次雷达工作原理III.系统组成IV.参考资料38IV.参考资料1.无锡培训二次雷达原理教材，陈京华,2010年4月2.单脉冲二次雷达讲义，中电十四所3.二次雷达原理，张尉，2009年5月，国防工业出版社,ISBN978-7-118-05361-639结束